1.3

移動終端基本單元電路

1.4

邏輯/音頻電路與I/O接口1.5手機電源電路一、項目目的：1．了解手機基本單元電路工作原理、作用及應(yīng)用；2．掌握手機頻率合成器工作原理、作用及應(yīng)用；3．掌握手機邏輯音頻電路、I/O電路組成結(jié)構(gòu)及GSM手機信號處理流程；4．掌握手機電源供電原理和開機維持供電過程。二、項目工具：1．移動終端；2．單元電路圖紙；3．移動終端接口電路圖；4．移動終端電源電路圖；5．移動終端射頻電路圖和邏輯音頻電路圖。三、項目重點：1．手機頻率合成器工作原理、作用及應(yīng)用；2．手機邏輯音頻電路、I/O電路組成結(jié)構(gòu)及GSM手機信號處理流程；3．手機接口電路總體結(jié)構(gòu)；4．手機電源電路和供電電路工作原理。1.3移動終端基本單元電路

1.放大器

放大器的作用是放大交流信號。從基站到手機天線有很長的傳播距離，進入手機的無線電信號已非常微弱，為了能對信號進行進一步的處理，必須先對信號進行放大。放大器分為以下幾種：

（1）低頻放大器：用于放大低頻信號，工作頻率較低，其集電極負(fù)載是電阻。（2）中頻放大器和射頻放大器：中頻放大器的工作頻率為幾十兆赫茲或上百兆赫茲，僅放大某一固定頻率的信號，一般采用窄帶放大器。（3）射頻功率放大器：功率放大器簡稱功放，用于發(fā)射機中。射頻功率放大器發(fā)射功率受到較嚴(yán)格的控制，如圖1-6所示。

圖1-6功放電路控制

2.

振蕩器（1）振蕩器的組成

振蕩器廣泛地用于電子設(shè)備中，它的主要技術(shù)指標(biāo)是頻率的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度和振幅的穩(wěn)定度。振蕩器需要直流電源為之提供能量，從這個意義上看，振蕩器也同放大器一樣，是將直流電源轉(zhuǎn)換為交流振蕩能量的裝置。

下面以反饋式振蕩器為例來說明振蕩器的組成。反饋式振蕩器由以下三個部分組成：①有功率增益的有源器件。②決定頻率的網(wǎng)絡(luò)。③一個限幅和穩(wěn)定的機構(gòu)。圖1-7是一個反饋式振蕩器的組成框圖，在框圖中包括了具有功率增益的放大器，決定頻率的網(wǎng)絡(luò)以及正反饋網(wǎng)絡(luò)。

圖1-7反饋式振蕩器組成框圖

（2）壓控振蕩器VCO

壓控振蕩器簡稱為VCO，是一個“電壓—頻率”轉(zhuǎn)換裝置，它將電壓信號的變化轉(zhuǎn)換成頻率的變化。這個轉(zhuǎn)換過程中電壓控制功能的完成是通過一個特殊器件—變?nèi)荻O管來實現(xiàn)的，控制電壓實際是加在變?nèi)荻O管兩端的。壓控振蕩器中，變?nèi)荻O管是決定振蕩頻率的主要器件之一。這種電路是通過改變變?nèi)荻O管的反偏壓來使變?nèi)荻O管的結(jié)電容發(fā)生變化，從而改變振蕩頻率，如圖1-8所示。圖1-8壓控振蕩器VCO

在移動通信中，手機的基準(zhǔn)時鐘一般為13MHz，它主要有兩種電路：

(1)專用的13MHzVCO組件。如圖1-9所示。

(2)分立元件組成的晶體振蕩電路由13MHz的晶體、集成電路和外圍元件等構(gòu)成。

圖1-9VCO組件

3.混頻器

對于超外差式接收機和直接變頻接收機，接收時需要對高頻信號變頻一次，對于雙超外差式接收機需要變頻二次，這項工作由混頻電路來完成?；祛l是在無線電通信中廣泛應(yīng)用的一種技術(shù)，混頻器包括非線性器件和濾波器兩個部分，任何一種形式的模擬相乘器，后面接入適當(dāng)?shù)膸V波器，都可以作為混頻器來使用?；祛l器的電路模型如圖1-10所示。

圖1-10混頻器電路模型

4.電子開關(guān)電路

電子開關(guān)中的三極管工作于飽和、截止兩種狀態(tài)，控制用的電信號是由邏輯電路提供的。實現(xiàn)電子開關(guān)的電路器件可以是三極管、場效應(yīng)管、集成電路等。電子開關(guān)的電路模型如圖1-11示。

圖1-11電子開關(guān)電路模型

手機中有許多電子開關(guān)，如供電開關(guān)，天線開關(guān)等。特別指出的是，摩托羅拉系列手機經(jīng)常采用8個引腳的集成塊作為電子開關(guān)，又稱為模擬開關(guān)，如圖1-12所示。圖1-12集成電子開關(guān)

5.濾波器（1）

濾波器的作用濾波器的作用主要有：

①篩選有用信號，抑制干擾，這是信號分離作用。②實現(xiàn)阻抗匹配，以獲得較大的傳輸功率，這是阻抗變換作用。（2）濾波器的分類根據(jù)信號濾波特性，濾波器可以分為：低通、高通、帶通和帶阻四種。圖1-13給出了常用的低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器的電路符號。

手機采用了各種濾波器，如射頻濾波、本振濾波、中頻濾波、低通濾波等。

圖1-13濾波器電路符號(a)低通濾波器；(b)高通濾波器；(c)帶通濾波器；(d)帶阻濾波器

根據(jù)器件材料不同，又分為LC濾波器、陶瓷濾波器、聲表面濾波器和晶體濾波器。由于手機信道數(shù)目多，信道間隔小，因此在手機中，往往需要衰減特性很陡的帶通濾波器。

6.頻率合成器

為了達(dá)到理想的效果，我們在手機中普遍采用了鎖相環(huán)（PLL）頻率合成器，鎖相環(huán)頻率合成器具有很多特點，比如產(chǎn)生工作頻點數(shù)目多、頻點可變、頻率具有很高的穩(wěn)定度等，同時還具有以下優(yōu)點：①可以比較容易產(chǎn)生“所需頻率”。②鎖相環(huán)具有良好的窄帶跟蹤特性，在選頻的同時可以完成濾波，將不需要的頻率成分及噪聲抑制掉，同時通過具有較高頻率跟蹤特性的VCO，可以使鎖相式頻率合成器輸出具有較高頻率穩(wěn)定度和較高頻譜純度的信號。③利用鎖相環(huán)路的同步跟蹤特性，能方便地變換頻道。

(1)頻率合成器組成

手機中通常使用帶鎖相環(huán)的頻率合成器，其基本模型如圖1-14所示。它由基準(zhǔn)頻率、鑒相PD、環(huán)路濾波器LPF、壓控振蕩VCO和分頻器等組成一個閉環(huán)的自動頻率控制系統(tǒng)。圖1-14頻率合成器的基本模型

環(huán)路濾波器實為一低通濾波器，實際電路中，它是一個RC電路，如圖1-15所示。通過對RC進行適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置，使高頻成分被濾除，以防止高頻諧波對壓控振蕩器VCO造成干擾。

圖1-15環(huán)路濾波器(2)鎖相環(huán)基本原理

①頻率的自動鎖定過程鎖相環(huán)PLL的工作過程十分復(fù)雜，下面從物理概念的角度對其進行定性分析。鑒相器是一種相位比較電路，其輸入端加兩個信號：一個是基準(zhǔn)信號fA；另一個是本機信號fB/N，它是由壓控振蕩VCO輸出的頻率fB反饋回來，經(jīng)過可變分頻器得到的。

②

頻率的自動搜索過程前已述及，手機入網(wǎng)、通話均要進入相應(yīng)信道，至于進入哪個信道，完全聽命于基站的指令，這就要求手機的收信、發(fā)信頻率不斷地發(fā)生變化，也就是PLL要具有自動搜索信道的能力，也稱掃描信道。自動搜索過程是：在鎖定狀態(tài)下，PLL滿足關(guān)系式:即

1.5手機電源電路

一、手機電源電路基本模型

手機采用電池供電，電池電壓是手機供電的總輸入端，通常稱為B+或BATT。

B+是一個不穩(wěn)定電壓，需將它轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電壓輸出，而且要輸出多路（組）不同的電壓，為整機各個電路（負(fù)載）供電，這個電路稱為直流穩(wěn)壓電源，簡稱電源。大多數(shù)手機的電源采用集成電路實現(xiàn)，稱為電源IC。

例如摩托羅拉系列手機的電源IC-U900，可產(chǎn)生多路穩(wěn)壓輸出，分別是邏輯5V和2.75V，射頻4.75V和2.75V。電源IC的基本模型如圖1-20所示。

圖1-20電源IC模型

二、手機電源電路的基本工作過程手機電源電路包括射頻部分電源和邏輯部分電源，兩者各自獨立，但同是手機電池提供。手機的工作電壓一般先由手機電池供給，電池電壓在手機內(nèi)部一般需要轉(zhuǎn)換為多路不同電壓值的電壓供給手機的不同部分。手機內(nèi)部電壓產(chǎn)生與否，是由手機鍵盤的開關(guān)機鍵控制。手機電源開機過程如圖1-21所示。圖1-21手機電源開機過程

三、升壓電路和負(fù)壓發(fā)生器

1.電感升壓電感升壓是利用電感可以產(chǎn)生感應(yīng)電動勢這一特點實現(xiàn)的。電感是一個儲存磁場能的元件，電感中的感應(yīng)電動勢總是反抗流過電感中電流的變化，并且與電流變化的快慢成正比。電感升壓基本原理如圖1-22所示。圖1-22電感升壓基本原理

（2）振蕩升壓振蕩升壓是利用一個振蕩集成塊外配振蕩阻容元件實現(xiàn)的。振蕩集成塊又稱升壓IC，一般有8個引腳。內(nèi)部可以是間歇振蕩器，外配振蕩電容產(chǎn)生振蕩；也可以是兩級門電路，外配阻容元件構(gòu)成正反饋而產(chǎn)生振蕩。阻容元件能改變振蕩頻率，所以又稱定時元件，振蕩電路一般產(chǎn)生方波電壓，此電壓再經(jīng)整流濾波器形成直流電壓。

四、機內(nèi)充電器

機內(nèi)充電器又稱為待機充電器。手機內(nèi)的充電器是用外部B+（EXTB+）為內(nèi)部B+充電，同時為整機供電，其基本組成如圖1-23所示。

圖1-23手機機內(nèi)充電器基本組成1.4

邏輯/音頻電路與I/O接口

一、系統(tǒng)邏輯控制部分

系統(tǒng)邏輯控制對整個手機的工作進行控制和管理，包括開機操作、定時控制、數(shù)字系統(tǒng)控制、射頻部分控制以及外部接口、鍵盤、顯示器控制等。在手機中，以中央處理器CPU為核心的控制電路稱為邏輯電路，其基本組成如圖1-16所示。圖1-16邏輯控制電路簡單組成

二、音頻信號處理部分

（1）接收音頻信號處理接收時，對射頻部分發(fā)送來的模擬基帶信號進行GMSK解調(diào)（模數(shù)轉(zhuǎn)換）、在DSP（數(shù)字信號處理器）中解密等，接著進行信道解碼（一般在CPU內(nèi)），得到13kb/s的數(shù)據(jù)流，經(jīng)過語音解碼后，得到64kb/s的數(shù)字信號，最后進行PCM解碼，產(chǎn)生模擬語音信號，驅(qū)動聽筒發(fā)聲。圖1-17為接收信號處理變化示意圖。圖1-17接收信號處理變化示意圖

（2）發(fā)送音頻信號處理發(fā)送時，話筒送來的模擬語音信號在音頻部分進行PCM編碼，得到64kb/s的數(shù)字信號，該信號先后進行語音編碼、信道編碼、加密、交織、GMSK調(diào)制，最后得到67.768kHz的模擬基帶信號，送到射頻部分的調(diào)制電路進行變頻處理。

圖1-18為發(fā)送音頻信號處理變化流程示意圖，圖中：信號1是送話器拾取的模擬語音信號。信號2是PCM編碼后的數(shù)字話音信號。信號3是數(shù)碼信號。信號4是經(jīng)邏輯電路一系列處理后，分離輸出的TXI/TXQ波形。信號5是已調(diào)中頻發(fā)射信號。信號6是最終發(fā)射信號。信號7是功率放大后的最終發(fā)射信號。

圖1-18發(fā)送音頻信號處理變化流程示意圖

三、I